Волова Т.Г., Шишацкая Е.И., Миронов. П.В. Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.1. Актуальные исследования в области полимерных материалов биомедицинского назначения



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

стоящее время ограничено только временным поддержанием функций жиз-

ненно важных органов и не обеспечивает многолетнего их функционирова-

ния. Использование имплантатов, протезов или искусственных органов для

восстановления или замены частей организма практикуется гораздо чаще,

чем использование трансплантатов, поскольку они более доступны и редко

отторгаются иммунной системой организма. Однако следует помнить, что

все имплантаты и искусственные органы изготовлены вне организма в техно-

логическом процессе (или процессах). У них имеется ряд ограничений:

отсутствует способность к самовосстановлению и к самоадаптации; их меха-

нические и биологические свойства представляют собой компромисс для

заменяемых живых тканей и органов. Следовательно, пока никакие искусст-

венные запасные части не стали полными аналогами живых частей тела,

которые они заменяют. Поэтому успехи и удачи их применения всегда отно-

сительны (как и в случае трансплантатов). Всегда существует риск того, что

имплантат или трансплантат выйдут из строя и потребуют замены во время

жизни реципиента. Поэтому решение проблемы повышения эффективности

лечения и повышения качества жизни невозможно без внедрения в медицину

новых революционных технологий.

Анализ работ в области трансплантологии и искусственных органов,

появившихся к концу XX – началу XXI в., дает основание говорить о возник-

новении принципиально нового подхода к восстановлению функций повреж-

денных тканей и жизненно важных органов – клеточной и тканевой инжене-

рии. Последние достижения в области молекулярной и клеточной биологии

открыли широкие перспективы для создания принципиально новых и эффек-

тивных биомедицинских технологий, с помощью которых становится воз-

можным решение многих проблем восстановления поврежденных тканей

и органов и лечения ряда тяжелых заболеваний человека метаболического

ряда (биоискусственные печень, почки, поджелудочная железа). Таким обра-

зом, третий вариант того, как можно обойти ограничения в использовании

трансплантатов и имплантатов (см. рис. 1.2

), – это возможности и потенциал

тканевой инженерии тканей и органов. Цель таких технологий заключается

в том, чтобы использовать собственные клетки пациента или иммунотоле-

рантный «универсальный» источник клеток для выращивания тканей или ор-

ганов с целью замены in vitro (тканевая инженерия или инжиниринг тканей)

с последующей трансплантацией пациенту. В других вариантах клетки, по-

лученные посредством инжиниринга тканей, могут быть имплантированы

в организм пациента, где они будут стимулировать регенерацию поврежден-

ных тканей и органов.

Однако для развития и совершенствования методов реконструктивной

медицины на базе тканевой инженерии необходимо освоение новых мате-

риалов высокой функциональности и специфичности, включая конструиро-

вание систем, способных воспроизводить биологические функции живого

организма.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

Создание экологически чистых материалов с полезными свойствами

является одной из ключевых проблем современности. Особую проблему

представляет разработка новых материалов медицинского назначения, пред-

назначенных для контакта со средой живого организма и необходимых для

реконструктивной медицины. Еще более востребованы специализированные

биосовместимые материалы для сформировавшегося в последние годы ново-

го направления – клеточной и тканевой инженерии, связанного с разработкой

биоискусственных органов.

Проблема использования новых материалов в различных областях ме-

дицины, помимо фундаментальных вопросов, связанных с изучением взаи-

модействия материала с тканями организма, представляет большой интерес

для практической медицины. Исследования в области материалов медицин-

ского назначения выступают одним из актуальных направлений, соответст-

вуют задачам и уровню развития науки, технологий и техники РФ и перечню

критических технологий Российской Федерации, в котором приоритетным

направлением является «Технологии создания биосовместимых материалов».

Эти исследования реализуются на стыке медицины, химии высокомолеку-

лярных соединений, биотехнологии, биофизики, молекулярной и клеточной

биологии и включают в себя следующие взаимосвязанные задачи:

• разработку новых материалов, методов их модификации и переработ-

ки их в специализированные изделия биомедицинского назначения;

• изучение механизма взаимодействия биоматериалов с кровью

и тканями;

• оценку физико-химических и медико-биологических свойств биома-

териалов и изделий из них;

• экспериментально-клиническое исследование и применение новых

материалов и изделий.

Освоение новых биосовместимых материалов и создание специализи-

рованных биомедицинских изделий из них становится лидирующим направ-

лением исследований и коммерциализации в настоящее время. Ежегодный

бюджет медицинских центров в Европе, Японии и США, занимающихся

проведением фундаментально-прикладных исследований в области тканевой

и клеточной инженерии, составляет сотни миллионов долларов США.

Основной акцент исследователей сегодня фокусируется на поиске тех-

нологий для создания биоискусственных материалов и органов, представ-

ляющих собой систему из материалов искусственного или биологического

происхождения, включающих функционирующие клетки органов и тканей,

либо стимулирующие регенерацию соответствующих клеток в зоне имплан-

тации. Особенно остра потребность в резорбируемых материалах, обладаю-

щих высокой биосовместимостью. Однако несмотря на значительные капи-

таловложения развитых стран в это направление, результаты многолетней

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

работы ученых пока не привели к созданию, в частности, искусственной по-

верхности, аналогичной по своим свойствам естественной биологической

ткани. Несмотря на проводимые исследования, пока еще не удалось создать

материал, полностью совместимый с живым организмом. В настоящее время

остро востребованы биосовместимые материалы для общей и сердечно-

сосудистой хирургии (протезов кровеносных сосудов, искусственных клапа-

нов сердца, систем искусственного и вспомогательного кровообращения),

ортопедии и стоматологии, разработки лекарственных препаратов нового по-

коления, сорбентов и т. д.

С развитием сердечно-сосудистой хирургии и трансплантологии стано-

вится актуален поиск материалов, пригодных для использования в условиях

длительного контакта с кровью. При этом гемосовместимость является наи-

более важным аспектом биологической совместимости биоматериалов. Тре-

бования, предъявляемые к биологическим свойствам материалов и изделий,

которые предназначены для контакта с кровью, можно сформулировать

следующим образом: гемосовместимые медицинские изделия не должны

оказывать токсического, аллергического и воспалительного действия;

активировать ферментные системы; оказывать отрицательное действие на

белковые и форменные элементы крови, а также органы и ткани; вызывать

антигенный и канцерогенный ответ и отклонения в системе метаболизма;

провоцировать развитие инфекции и нарушать электролитический баланс;

изменять свои медико-технические свойства в процессе нежелательной каль-

цификации и (или) биодеградации. Показателями отсутствия гемосовмести-

мости медицинских материалов и изделий служит появление тромбов

и тромбоэмболий, индуцированных их поверхностью. В связи с этим, как

отмечает один из ведущих специалистов в области материаловедения,

профессор В. И. Севастьянов, «…иногда термин «гемосовместимые» изде-

лия (материалы, покрытия) заменяют на термин «тромборезистентные»

(«атромбогенные»), а вместо выражения «не гемосовместимые» изделия

используют термин «тромбогенные», что не служит корректной заменой» [5

Особую и существенную проблему представляет необходимость созда-

ния биоразрушающихся материалов и способных имитировать свойства био-

логических структур. Исследования таких материалов наиболее актуальны

и востребованы в настоящее время. Это связано с революционными измене-

ниями, происходящими в настоящее время в медицине в связи с появлением

и развитием новейших работ в области трансплантологии и искусственных

органов, базирующихся на принципиально новом подходе к восстановлению

функций жизненно важных органов. Это использование технологий генной,

клеточной и тканевой инженерии для разработки биоискусственных (гибрид-

ных) органов и тканей, клонирование органов и тканей из собственных ство-

ловых клеток пациента in vitro. Назначение биоискусственных систем – пол-

ностью или частично, временно или постоянно заменить функции жизненно

важных органов и тканей. Конечной целью является восстановление трех-

мерной структуры ткани в месте дефекта. Для направления организации,

поддержания роста, пролиферации и дифференциации клеток в процессе ре-

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

конструкции поврежденной ткани необходимы так называемые матриксы

(scaffolds – матрицы, носители, подложки, каркасы). Данное направление по-

лучило название «биоимитирование», а соответствующие материалы назы-

вают «саморегулируемыми» (self-monitoring), «умными» (smart) или «интел-

лигентными» (intelligent) [6

]. Область применения таких материалов доста-

точно широка. Это трансдермальные или имплантируемые устройства с кон-

тролируемым и регулируемым выходом биологически активных веществ для

лекарственной, клеточной и генной терапии; изделия с «памятью формы» для

ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии; биосенсоры; биодеградируемые

изделия для реконструктивной хирургии; биотехнологические устройства

для сепарации, очистки и идентификации биологических структур на моле-

кулярном и клеточном уровнях и т. д.

Хирургия относится к тем медицинским наукам, которые испытывают

наиболее острую потребность в разработке и внедрении в клиническую прак-

тику новых биосовместимых биоматериалов. Прежде всего эта потребность

ощущается в реконструктивных технологиях, где в настоящее время активно

исследуются не только материалы и изделия для сердечно-сосудистой систе-

мы, но различные хирургические элементы и эндопротезы, высокопрочный

шовный материал, устройства и средства для абдоминальной хирургии,

травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии. Улучшение

результатов хирургических вмешательств в абдоминальной хирургии, при

пластике брюшной стенки, для предотвращения постоперационного спаечно-

го процесса, анастомозирования и наложения швов на кишечнике, при

реконструкции и протезировании желчевыводящих путей невозможно без

внедрения новых материалов. Разработка новых материалов остро актуальна

и востребована для реконструктивного остеогенеза. Серьезной проблемой

современной восстановительной хирургии в травматологии и ортопедии,

челюстно-лицевой хирургии и стоматологии является пластика дефектов ко-

стной ткани, образующихся при хирургическом лечении ряда заболеваний

и повреждений кости. Результаты хирургического восстановления дефектов

костной ткани в большей степени зависят от протекания процесса репаратив-

ного остеогенеза. Отдаленные сроки клинических исследований указывают

на то, что репаративный остеогенез в посттравматических дефектах костной

ткани проходит медленно – месяцы и годы, а в ряде случаев костные дефекты

вообще не заполняются костной тканью. Учитывая высокий травматизм

и большое количество ортопедических манипуляций, разработка новых эф-

фективных методов и материалов для реконструкции дефектов костей, а так-

же лекарственных средств для этого является одной из важнейших проблем

травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии.

В настоящее время остро востребованными являются адекватные материалы

для пластики больших костных дефектов, возникающих в результате хрони-

ческих воспалений, после удаления кист, хондром, опухолей. Таким образом,

все изложенное делает актуальным продолжение поиска и разработки новых

эффективных остеопластических материалов для совершенствования мето-

дов устранения костных дефектов.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

Не менее остра потребность в биодеградирующихся материалах в фар-

макологии. В настоящее время в практике лечения ряда системных, хрониче-

ских и длительно текущих заболеваний наиболее перспективным и эффек-

тивным способом применения медикаментов признаны лекарственные фор-

мы долговременного действия с контролируемым выходом препаратов. Это

так называемые «drug delivery control». Такие формы особенно необходимы

в трасплантологии при пересадке донорских и биоискусственных органов,

для лечения хронических инфекций, в том числе возникающих в результате

травм, постоперационных осложнений в хирургической практике. Успех кон-

струирования таких лекарственных систем невозможен без наличия адекват-

ного материала, используемого в качестве матрикса для депонирования лекар-

ства. Такие материалы должны быть абсолютно безвредными для организма,

иметь определенные физико-механические свойства, обладать биоразрушае-

мостью без образования токсичных продуктов, не инактивировать лекарствен-

ные препараты и смешиваться с ними в различных фазовых состояниях.

Таким образом, поиск, изучение и внедрение в биомедицинскую прак-

тику новых материалов и изделий из них – актуальное и остро востребован-

ное направление, успех развития которого будет способствовать прогрессу во

многих областях медицины и в конечном счете улучшать качество лечения

и жизни человека.

Материалы, предназначенные для контакта со средой живого организ-

ма и используемые для изготовления медицинских изделий и устройств, по-

лучили названия «биоматериалы». Перечень материалов, получение которых

актуально для развития и совершенствования восстановительной хирургии

и трансплантологии, включает разнообразные материалы и композиты с раз-

личными функциональными характеристиками и базовыми свойствами.

В настоящее время предпринимаются усилия для классификации и создания

базы данных по биоматериалам. При этом выделяют материалы для сердеч-

но-сосудистой и тканевой хирургии, урологии, ортопедии и стоматологии,

покрытия раневых поверхностей и создания систем доставки лекарственных

веществ. Среди них материалы [5

• биологически совместимые с живым организмом (это материалы,

которые при вживлении в организм, пребывая в нем длительное время не вы-

зывают негативных реакций. В настоящее время успешно применяют сили-

кон, тефлон, поликарбонаты, полигликолиды и полилактиды, полиэтилен,

титан и др.);

• обладающие антитромбогенными свойствами (материалы, пригодные

для длительного контакта с кровью и используемые для изготовления сосу-

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

дистых протезов, клапанов сердца, искусственного перикарда и легочных

диафрагм);

• адсорбенты (материалы, используемые в конструкциях аппаратов ис-

кусственных органов (почки, легкого, сердца); применяемые в настоящее

время, – активированный уголь, цирконий, ионообменные смолы и др.);

• вещества, переносящие кислород (это класс веществ типа фториро-

ванных углеводородов, применяемых для растворения кислорода в высоких

концентрациях, а также системы на основе капсульных покрытий эритроци-

тов крови животных и человека или химическое связывание высокомолеку-

лярных веществ с гемом эритроцитов);

• диализно-диффузионные пленочные материалы (необходимы для по-

лучения диализных пленок, селективно выводящих из организма мочевину,

креатинин и другие продукты обмена);

• волокнистые материалы (микропористые материалы с высокой эф-

фективностью обмена веществ, применяемые в конструкциях искусственных

органов, например, винилацетатные волокна (искусственная почка), силико-

новые капилляры искусственных легких;

• материалы для микроинкапсулирования (необходимы для изготовле-

ния микрокапсул с диаметром порядка микрон для систем доставки лекарст-

венных препаратов, переносчиков кислорода;

• упруго-эластичные материалы, стойкие к истиранию (материалы,

предназначенные для создания искусственных костей и суставов, клапанов

сердца. Эти материалы должны обладать комплексом механо-физических

свойств, обеспечивающих их сохранность при длительном функционирова-

нии в условиях механических нагрузок);

• биоклеи для соединения живых тканей (необходимы для соединения

фрагментов кишечника, кровеносных сосудов, желчных протоков и пр.; та-

кие субстанции должны быть мгновенного действия, устойчивыми в услови-

ях жидкой агрессивной среды организма, не продуцировать тепла и веществ

токсической природы);

• композиционные материалы, в том числе для многоразового исполь-

зования (такие материалы могут быть созданы варьированием сочетаний по-

лимеров единого гомологического ряда, а также синтетических материалов

с металлами, биополимеров с синтетическими полимерами или металлами).

Это позволяет получать материалы с принципиально новыми функциональ-

ными свойствами.

Внедрение искусственных материалов в медицине выдвинуло в число

первоочередных и важнейших проблему биологической совместимости, так

как материалы, применяемые в медицине, помимо требуемых функциональ-

ных характеристик, физико-химических и технологических свойств, должны

быть полностью биосовместимыми с тканями и организмом в целом. Следует

отметить, что понятие «биосовместимость» не имеет четкого толкования до

настоящего времени. Биосовместимыми называют материалы, способные со-

существовать совместно с живым организмов, не нанося ему вреда. По опре-

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

делению академика Н. А. Платэ, биосовместимыми являются «…полимеры,

способные к метаболизму…». На конференции по биосовместимости, состо-

явшейся в 1994 г. в Великобритании, было предложено под биосовместимо-

стью «понимать способность материала, изделия или устройства выполнять

свои функции и не вызывать отрицательных реакций в организме «хозяина».

«Биологическая совместимость», – как сформулировали японские исследова-

тели Я. Сакураи и Т. Акаике (1981), – «понятие обширное, емкое. Материа-

лы, обладающие этим свойством, образуют широкую гамму». Среди них,

например, материалы со значительной механической прочностью для орто-

педии и эластичные материалы для сосудистых протезов; шовные нити,

которые достаточно быстро должны резорбироваться и усвоиться организ-

мом и искусственные клапаны сердца, предназначенные для длительного

функционирования; антитромбогенные материалы, а также материалы, спо-

собствующие быстрому свертыванию крови. В расширенном толковании

биосовместимости следует подразумевать не только взаимное «сосущество-

вание» двух субстанций (искусственной и естественной), но и то, что искус-

ственный материал должен выполнять функции живой материи. При этом

совершенно очевидно, что биосовместимость того или иного материала или

имплантируемого элемента определяется не только его химической и надмо-

лекулярной структурой, но и формой, топографией поверхности, спецификой

взаимодействия с окружающими тканями. Таким образом, требования,

предъявляемые к биоматериалам, разнообразны и многогранны, поэтому

в каждом отдельном случае необходимо рассматривать конкретное содержа-

ние, вкладываемое в понятие биосовместимости применительно к целевому

назначению каждого отдельного материала.

С развитием сердечно-сосудистой хирургии и трансплантологии остро

актуален поиск материалов, пригодных для использования в условиях дли-

тельного контакта с кровью, то есть обладающих помимо общей биосовмес-

тимости также и гемосовместимостью. Научные исследования, ориентиро-

ванные на решение вопроса био- и гемосовместимости материалов, были

развернуты сравнительно недавно, в начале 1960-х годов в ходе разработок

по созданию искусственного сердца. Широкий фронт работ в области новых

биоматериалов был инициирован в США (National Institute of Health) и в Рос-

сии (Институт трансплантологии и искусственных органов МЗ СССР,

Институт сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева АМН СССР,

Институт гематологии АМН СССР). В 1970–1980-е гг. основное внимание

было сосредоточено на создании биосовместимых материалов с заданными

физико-химическими и медико-техническими свойствами. Результатом этих

исследований было появление широкого спектра новых биоматериалов и ме-

дицинских изделий.

Развитие медицинского материаловедения привело к формированию

нового направления, задача которого состоит в изучении взаимодействия

материалов с тканями живого организма и создании на этой основе специ-

альных устройств, пригодных для удовлетворения широкого круга задач со-

временной хирургии и трансплантологии. Одной из ключевых задач этого

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

направления является разработка и освоение новых материалов высокой

функциональности и специфичности, включая конструирование материаль-

ных систем, способных воспроизводить биологические функции живого. Эти

материалы способны изменять свои свойства в ответ на изменение парамет-

ров внешней среды (температуры, рН, осмотического давления).

Область применения саморегулируемых материалов широка и включает

изделия с «памятью формы» для сердечно-сосудистой хирургии и ортопедии;

биодеградируемые шовные нити, хирургические элементы, лекарственные

средства; имплантируемые устройства для лекарственной и генной терапии

с контролируемым и регулируемым выходом биологически активных

веществ; биотехнологические системы распознавания, сепарации и очистки

различных соединений на молекулярном и клеточном уровне.

Создание саморегулируемых биоматериалов базируется на химических

и биотехнологических методах и включает различные подходы, среди кото-

рых наиболее перспективными признаны следующие:

• синтез материалов, способных изменять свои свойства в ответ на

изменения внешней среды, а также содержащих биологически активные

соединения;

• разработки гибридных материалов методами клеточной и тканевой

инженерии);

• разработки материалов со специальными свойствами поверхности

для непосредственного контакта с кровью и тканями организма человека;

• разработки материалов на основе обработанных и модифицирован-

ных биотканей человека и животных;

• разработки биодеградируемых материалов и композитов с контроли-

руемым и регулируемым временем биодеградации, в т. ч. биополимеров,

продуцируемых микроорганизмами.

Освоение новых материалов, обладающих помимо биосовместимости

и функциональности также и разрушаемостью in vivo, представляет собой

специализированную проблему, существенно более сложную по сравнению

с трудностями, возникающими в ходе конструирования материалов и систем

долговременного и постоянного функционирования in vivo. Эндопротезы

временного действия, восполнив дефект органа или поврежденной ткани

в живом организме и оказав при этом лечебный эффект, должны в строго за-

данные сроки подвергнуться биодеструкции с одновременным замещением

тканевым регенерантом.

Основными факторами, сдерживающими в настоящее время широкое

применение биодеструктивных полимерных материалов в медицине, являют-

ся в принципе небогатый ассортимент данных материалов, а также пока

нерешенная проблема регулируемости и контролируемости процессов их

деструкции в живом организме. Продуктами биодеструкции таких материа-

лов могут быть естественные для живого организма вещества, включаемые

в метаболизм клеток, например, моносахара, молочная, гликолевые и

β-оксимасляная кислоты, либо вещества, не метаболизируемые клетками

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

и тканями. В последнем случае такие продукты не должны быть токсичными,

а их концентрация при попадании в кровеносное русло не должна превышать

установленный предельно допустимый уровень. В связи с этим примени-

тельно к биодеструктивным биоматериалам предложено различать два вида

биосовместимости: «пассивную», сопровождающуюся выделением продук-

тов деструкции из организма без нанесения ему вреда, и «активную», при ко-

торой продукты деструкции вовлекаются в метаболические циклы клеток.

Области практического использования биодеструктивных материалов

и изделий весьма широки, включая склеивание тканевых дефектов, гермети-

зацию паренхиматозных органов с помощью полимерных пленок, покрытие

ран и ожогов, изготовление хирургических шовных нитей и элементов для

урологии, ортопедии, стоматологии, сосудистой и тканевой инженерии,

а также пролонгацию лекарственных средств.

Особенности разработки и применения новых материалов медицинско-

го назначения заключаются в обязательности соблюдения требований, вы-

двигаемых к высокому уровню их безвредности. Это привело к разработке

специальных подходов и процедур, необходимых для получения разрешения

на их применение в медицине.

В США и странах ЕС это направление деятельности закреплено зако-

нодательно. Классификация медицинских устройств и требования к масшта-

бу и уровню их испытаний базируется на рисках, потенциально присущих

каждому конкретному классу устройства. Под медицинским устройством

приняты: приборы, аппараты, средства, машины, агрегаты, имплантаты,

реактивы in vitro или другой аналогичный или подобный предмет, включая

любой компонент или часть, который связан с диагностикой, уходом за

больными, лечением или профилактикой заболевания или состояния, со

структурой или функцией организма, с невозможностью достичь предпола-

гаемую цель использования посредством химических препаратов, с незави-

симостью от усвоения системой обмена веществ.

В зависимости от класса медицинских устройств придаются различные

уровни законодательных контрольных механизмов. В США регистрация ме-

дицинских устройств регулируется Администрацией по продуктам питания

и препаратам (FDA); в Великобритании – Агентством по медицинским уст-

ройствам; в Японии – Министерством здравоохранения и социального обес-

печения; в ЕС для изделий предусмотрена маркировка СЕ.

Определение медицинских устройств охватывает огромное количество

изделий, начиная от реактивов, применяемых in vitro для диагностики, и кон-

чая простыми приспособлениями, в частности, временными кожными повяз-

ками и очень сложными устройствами жизнеобеспечения, такими как кар-

диостимуляторы и клапаны сердца. Поэтому необходимо различать риски,

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ, КЛЕТОЧНОЙ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ»

1.2. Потребности реконструктивной медицины в функциональных материалах



Материалы для медицины, клеточной и тканевой инженерии. Учеб. пособие

связанные с этими устройствами, в результате чего была создана система

классификации медицинских устройств. FDA классифицирует медицинские

устройства по риску для пациента, связанному с использованием этого уст-

ройства. Устройства класса 1 – это, как правило, устройства с низким уров-

нем риска, которые подвергают пациента незначительной опасности и неин-

вазивные, в частности, такие, как реактивы, применяемые in vitro для анали-

зов в целях диагностики болезней или некоторых типов состояний. Устрой-

ства класса 2 представляют собой более высокий уровень риска для пациента

и могут включать неинвазивные или инвазивные краткосрочные устройства

типа катетеров, устанавливаемых всего лишь на короткое время, или некото-

рые электронные устройства, используемые для тестирования или анализа

здоровья пациента. Оборудование для ЭКГ (электрокардиограммы) и рентге-

на – это устройства класса 2. Класс 3 – это устройства с высокой степенью

риска, имплантируемые на продолжительный срок. В США существует два

основных пути к получению законодательного статуса: получение разреше-

ния после того как будет продемонстрировано, что устройство, предлагаемое

к выводу на рынок, в значительной степени эквивалентно устройству, выве-

денному на рынок до принятия Поправки о медицинских устройствах 1976 г.

(известное как разрешение 510 (k), или предпродажного разрешения, которое

предполагает подачу и рассмотрение подробных данных, касающихся уст-

ройства, для подтверждения безопасности и работоспособности).

В Европе принята четырехуровневая система, основанная на степени

риска, связанного с использованием устройства, времени, в течение которого

устройство находится в контакте с организмом человека, и степени инвазив-

ности устройства (Директива ЕС 93/42 «Медицинское устройство»). Меди-

цинские устройства являются частью общей системы законодательства,

регламентирующего требования к качеству и безопасности всех изделий,

продаваемых в Европе. Изделия, соответствующие этим правилам, имеют

марку «СЕ». Европейская комиссия выпускает директивы для координации

системы во всем Европейском Союзе (ЕС). Директивы, относящиеся к меди-

цинским устройствам, содержат классификацию и другие существенные

требования, которые должны соблюдать производители и государства-члены.

Специальные директивы определяют также технологические процессы, кото-

рые необходимо выполнять тем, кто связан с производством, продажей,

использованием и регулированием, касающимся медицинских устройств.

В ЕС устройства класса 2а, как правило, очень похожи на устройства класса

2 в соответствии с классификацией FDA в США. Однако ЕС создал класс 2b,

в который входят имплантируемые устройства, включающие рассасываю-

щиеся материалы и другие типы долгосрочных имплантатов. Устройства

класса 3 связаны с высоким уровнем риска для пациента в случае их выхода

из строя, которые представляют собой долгосрочные имплантируемые уст-

ройства, которые либо считаются жизнеобеспечивающими, либо в случае

выхода из строя приведут к серьезной опасности для здоровья и благополу-

чия пациента. К устройствам класса 3 относятся кардиостимуляторы, устрой-